Quais são as regulamentações e precauções operacionais para a regulação de tensão em transformadores com troca sob carga?

A troca de derivações sob carga é um método de regulação de tensão que permite ao transformador ajustar sua tensão de saída através da mudança de posições de derivação enquanto opera sob carga. Os componentes de comutação eletrônica de potência oferecem vantagens como capacidade frequente de ligar/desligar, operação sem faísca e longa vida útil, tornando-os adequados para uso como trocadores de derivação sob carga em transformadores de distribuição. Este artigo primeiro introduz as regulamentações operacionais para transformadores com troca de derivações sob carga, depois explica seus métodos de regulação de tensão e, finalmente, destaca as precauções-chave para as operações de troca de derivações sob carga. Por favor, continue lendo com o editor para obter informações detalhadas.

1.Regulamentações Operacionais para Transformadores com Troca de Derivações Sob Carga

• Ao operar um transformador com troca de derivações sob carga, uma segunda mudança de derivação não deve ser iniciada até que a primeira mudança de derivação seja totalmente concluída. As mudanças de tensão, corrente e outros parâmetros devem ser monitoradas de perto durante o processo.

• Cada operação de troca de derivação deve ser registrada no livro de registro de trocas de derivação do transformador principal, incluindo o horário da operação, a posição da derivação e o número cumulativo de operações. Registros também devem ser mantidos para todos os eventos de comissionamento/descomissionamento, testes, atividades de manutenção, defeitos e tratamento de falhas.

• A manutenção do trocador de derivações sob carga deve seguir as especificações do fabricante. Na ausência dessas especificações, as seguintes diretrizes podem ser aplicadas:

• Amostras de óleo do compartimento do trocador de derivações devem ser testadas após 6–12 meses de operação ou após 2.000–4.000 operações de comutação.

• Para trocadores de derivações recém-instalados, o mecanismo de comutação deve ser retirado para inspeção após 1–2 anos de serviço ou após 5.000 operações. Os intervalos subsequentes de inspeção podem ser determinados com base nas condições reais de operação.

• O óleo isolante no compartimento do trocador de derivações deve ser substituído após 5.000–10.000 operações ou quando a tensão de ruptura do óleo cair abaixo de 25 kV.

• Para trocadores de derivações sob carga que permaneceram inativos ou sem movimentação por um período prolongado, deve-se realizar um ciclo completo de operação entre as posições de derivação mais alta e mais baixa sempre que houver uma oportunidade de interrupção de energia.

2.Situações em que a Troca de Derivações Sob Carga é Proibida:

• Quando o transformador está operando sob condições de sobrecarga (exceto em circunstâncias especiais).

• Quando o relé de gás leve do dispositivo de troca de derivações sob carga disparou e emitiu um alarme.

• Quando a resistência dielétrica do óleo isolante do dispositivo de troca de derivações é inadequada ou o indicador de nível de óleo mostra ausência de óleo.

• Quando o número de trocas de derivações excedeu o limite especificado.

• Quando ocorrem anomalias no dispositivo de troca de derivações.

• Quando a carga excede 80% da capacidade nominal, a operação do trocador de derivações sob carga é proibida.

3.Métodos de Regulação de Tensão para Transformadores com Troca de Derivações Sob Carga

3.1 Método de Retrofit "Boots-On"

A abordagem "boots-on" envolve abrir o ponto neutro das bobinas trifásicas de alta tensão do transformador principal e inserir bobinas de regulação em série conectadas a um transformador de compensação. O lado de baixa tensão do transformador principal é conectado em paralelo com a bobina de excitação do transformador de compensação para alcançar a regulação de tensão sob carga. Este método se baseia no princípio de superposição de tensões: o compensador, através de um trocador de derivações sob carga, mantém a tensão da bobina de alta tensão do transformador principal dentro de sua faixa nominal.

Nesta configuração, o compensador suporta apenas a tensão do ponto neutro ou a tensão de derivação N-nível (por exemplo, 2×OU1), exigindo um nível de isolamento relativamente baixo. Quando o ponto neutro do transformador opera sob condições de terra sólida, um nível de isolamento de 35 kV é suficiente (nós projetamos e fabricamos para 40 kV), embora níveis mais altos possam ser adotados com base em requisitos operacionais específicos. Este método requer apenas um transformador de compensação adicional no ponto neutro, resultando em custos de retrofit baixos. As modificações no campo envolvendo o condutor do ponto neutro podem ser concluídas em um dia útil. Se integrado a uma grande revisão do transformador, isso adiciona praticamente nenhum tempo de inatividade extra.

Este método é adequado quando as flutuações de tensão excedem a faixa atingível pelos trocadores de derivações sem carga (fora de circuito) - ou seja, mesmo quando o trocador de derivações fora de circuito está na posição mais alta ou mais baixa, a tensão ainda não atende aos padrões. Nossos transformadores com troca de derivações sob carga no ponto neutro fornecem uma ampla faixa de regulação de ±12% U₁ₙ. Quando usado em conjunto com o trocador de derivações fora de circuito original, a janela de regulação efetiva pode ser deslocada para cima ou para baixo de forma mais flexível para atender às necessidades reais e melhorar a capacidade de saída do transformador principal. A faixa de regulação necessária pode ser personalizada com base nas condições do local, tornando esta solução adaptável a transformadores de todos os níveis de tensão. Nós retrofizemos com sucesso quatro transformadores principais usando esta abordagem. No entanto, este método requer espaço adicional para um transformador extra e fiação primária ligeiramente mais complexa. Mesmo assim, considerando a duração curta do retrofit e a economia de custos, continua sendo uma solução econômica e razoável.

3.2 Método de Retrofit "Backpack"

O método "backpack" é uma abordagem de retrofit mais econômica e prática quando a faixa do trocador de derivações fora de circuito existente já atende aos requisitos locais de flutuação de tensão. Envolve desconectar os condutores de derivação do trocador de derivações fora de circuito original, remover o interruptor e instalar um trocador de derivações sob carga do tipo ponte ou linear em seu lugar, com os condutores de derivação originais redirecionados para o novo trocador sob carga.

Esta retroativa pode ser concluída em um único ciclo de manutenção principal. O trabalho central (como remover a tampa do tanque ou levantar o núcleo) leva apenas um dia e pode ser sincronizado com as inspeções rotineiras do núcleo; o tanque ou a carcaça são modificados simultaneamente. O desafio crítico é concluir a retroativa completa em um dia sem expor o núcleo à umidade, pois qualquer interrupção prolongaria a indisponibilidade e aumentaria os custos. 

Além disso, como os transformadores originais raramente incluem canais de roteamento de cabos dedicados para essas retroativas, medidas especiais devem ser tomadas para garantir as devidas distâncias de isolamento para todos os tipos de transformadores e manter a facilidade da manutenção futura (ou seja, preservar os procedimentos originais de elevação da capota/núcleo). Realizamos extensas pesquisas sobre este método, desenvolvemos equipamentos especializados e estabelecemos um plano construtivo abrangente e prático. Até o momento, implementamos com sucesso este método em cinco transformadores, alcançando todos os resultados esperados—confirmando-o como uma solução de retroativa econômica e simples.

4. Precauções para Operações de Mudança de Taps sob Carga

• As mudanças de tap devem ser realizadas passo a passo, com monitoramento próximo da posição do tap, tensão e corrente. Após cada ajuste de um passo, aguarde pelo menos 1 minuto antes de prosseguir para o próximo passo.

• Para bancos de transformadores monofásicos ou transformadores trifásicos com alteradores de toque sob carga separados por fase, é necessária a operação elétrica trifásica sincronizada; a operação individual por fase é geralmente proibida.

• Quando dois transformadores com alterador de toque sob carga operam em paralelo:

• As mudanças de tap são permitidas apenas quando a corrente de carga está em ou abaixo de 85% da corrente nominal do transformador.

• Não realize duas mudanças de tap consecutivas em um único transformador; complete o ajuste de um transformador antes de operar o outro.

• Após cada mudança de tap, verifique a tensão e a corrente para evitar operações incorretas e sobrecargas.

• Durante as operações de elevação de tensão, ajuste primeiro o transformador com menor corrente de carga, seguido pelo que tem maior corrente de carga, para minimizar as correntes circulantes. A ordem inversa se aplica para as operações de redução de tensão.

• Após a conclusão, verifique a magnitude e a distribuição da corrente entre os dois transformadores em paralelo.

• Quando um transformador com alterador de toque sob carga opera em paralelo com um transformador com alterador de toque fora de circuito, a posição do tap da unidade sob carga deve ser mantida o mais próxima possível da da unidade fora de circuito.

• O número máximo de mudanças de tap permitidas por dia é o seguinte:

• 30 vezes para transformadores de 35 kV,

• 20 vezes para transformadores de 110 kV,

• 10 vezes para transformadores de 220 kV.

• Antes de cada mudança de tap, verifique que a diferença entre a tensão do sistema e a tensão nominal do tap está em conformidade com os requisitos regulatórios.

• Cada operação de mudança de tap deve ser devidamente documentada no livro de registro de operações do alterador de toque sob carga conforme exigido.